一种三层晶圆键合的对准设备以及键合方法技术

本发明专利技术提供了一种三层晶圆键合对准设备和利用所述对准设备进行三层晶圆键合的方法，所述对准设备包括本体以及设置在所述本体上的隔离片机构和固定机构，所述隔离片机构包括两层隔离片，所述两层隔离片之间具有间隙，多个隔离片机构可利用所述间隙的封闭端将晶圆夹紧。隔离片机构对位于双层隔离片之间的晶圆具有限位固定作用，其结构简单，操作方便，简化了键合步骤，使得所述对准设备可以一次完成三层晶圆的对准固定，在不增加过多成本的情况下，可以一次性直接完成三层晶圆的键合，提高了效率，降低了生产成本。

Alignment equipment and bonding method for three-layer wafer bonding

【技术实现步骤摘要】
一种三层晶圆键合的对准设备以及键合方法
本专利技术属于半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种三层晶圆键合的对准设备以及键合方法。
技术介绍
在半导体器件的制造过程中，为了实现器件的小型化、多功能化、高性能化，常常需要把多片晶圆键合起来。根据不同的应用领域，晶圆键合的工艺设备和参数都不相同，但是基本原理相似，主要包括抽真空、升温、施加压力、释放压力和降温破真空等工艺。通常情况下一套完整的晶圆键合设备主要由两类设备组成：对准设备和键合设备。对准设备能够将两片晶圆根据对准标记对准，插入隔离片，固定两片晶圆，一般使用对准设备将一对晶圆对准和固定需要10分钟；键合设备能够通过抽真空、抽隔离片、升温、施加压力、降温和破真孔将不同材料的晶圆结合在一起，键合设备键合一对晶圆需要4个小时。目前常规的晶圆键合设备一次仅能实现两片晶圆的键合，无法直接完成三层晶圆的精准对位和键合，比如采用3层堆叠结构光纤模板硅硅键合，需要分两次来完成三片晶圆的键合，先完成两片晶圆的键合，然后再和第三层晶圆键合。因为键合面接触设备受到污染，所以需要清洗键合好的两层晶圆后再和第三层晶圆键合，增加清洗成本，这种过程键合成本较高，完成时间久，也会额外引入一些缺陷。最近也出现了三层晶圆键合对准设备，能同时对三层晶圆进行对准，从而实现三层晶圆一次完成键合，但是这种对准设备的隔离片机构是由多个单层隔离片机构组成的，结构复杂，操作不便。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供了一种三层晶圆键合对准设备和利用所述对准设备进行三层晶圆键合的方法，其结构简单，操作方便，简化了键合步骤，提高了键合效率，节约了成本与时间。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供了一种晶圆键合对准设备，包括本体以及设置在所述本体上的多个隔离片机构和固定机构，所述隔离片机构包括线性驱动部件和设置在所述线性驱动部件上的双层隔离片部件，所述双层隔离片部件包括两层隔离片，所述两层隔离片之间具有间隙，所述多个隔离片机构隔离片机构可利用所述间隙的封闭端将晶圆夹紧。所述线性驱动部件驱动所述双层隔离片部件的两层隔离片同步的完成插入和抽离多层晶圆的动作，两层隔离片可以由同一驱动结构驱动完成插入和抽离隔离片的动作，插入时，两层隔离片间隙的封闭端抵紧在晶圆的侧壁上将晶圆卡紧固定，使得整个设备结构简单，操作方便，隔离片机构对位于双层隔离片之间的晶圆具有限位固定作用，使得所述对准设备可以一次完成三层晶圆的对准固定，从而可以一次性直接完成三层晶圆的键合。在一些优选的实施方式中，所述隔离片机构的数目与所述固定机构的数目相等，所述多个隔离片机构和多个固定机构都均匀间隔分布在所述本体上，一个隔离片机构位于两个相邻的固定机构之间。优选的，每个隔离片机构与对应的一个固定机构紧邻设置，可以更方便的完成抽离隔离片机构的操作。进一步的，所述隔离片机构和固定机构的数量均为三个以上，因为至少三个点可以确定一个平面，可以避免在晶圆直径两端同时夹持晶圆造成晶圆弯曲问题。在一些优选的实施方式中，所述双层隔离片部件包括两层隔离片和安装柄，所述两层隔离片固定在安装柄上，呈U形或V形，多个均匀间隔分布的双层隔离片部件可利用U形或V形的封闭端将晶圆卡紧固定在多个双层隔离片部件之间。优选的，所述双层隔离片部件为金属弹性薄片，具有一定的弹性，可防止双层隔离片部件将晶圆夹碎。在一些优选的实施方式中，所述本体呈圆环形，圆环向内突出有多个真空吸头，真空吸头上设置有真空吸孔，用于将晶圆吸附在所述真空吸头表面，优选的，所述真空吸头还与所述固定机构相配合将多层晶圆夹持在两者之间。优选的，所述真空吸头的数量与所述隔离片机构或固定机构的数量相等，每个真空吸头的位置与一个隔离片机构或固定机构的位置相对应。在一些优选的实施方式中，所述线性驱动部件包括安装座、腰型孔座和杠杆一，所述双层隔离片部件固定设置在所述安装座上，所述安装座可线性滑动的设置在所述对准设备的本体上，所述腰型孔座固定设置在所述安装座上，所述杠杆一的支轴一设置在所述本体上，杠杆一可围绕所述支轴一旋转，所述杠杆一的阻力臂一端设置有转轴一，所述转轴一穿设在所述腰型孔座的腰型孔内。优选的，所述杠杆一为弯曲形状，可减小杠杆的体积，进而减小整个线性驱动部件的体积，进一步优选的，所述杠杆的动力臂和阻力臂之间的夹角为钝角。优选的，所述杠杆一的动力臂与所述本体之间连接有弹性元件，弹性元件可辅助完成插入和抽离隔离片的动作，还可以将隔离片紧固在抽离位置和插入位置，当双层隔离片部件位于插入位置时，弹性元件可对所述杠杆一的动力臂施加一定的拉紧力，从而使所述两层隔离片之间的间隙的封闭端抵紧在晶圆侧壁上，保持对晶圆的夹紧固定。优选的，所述本体上设置有通孔，所述通孔中设置有支架，所述隔离片机构设置在所述支架上。在一些优选的实施方式中，所述固定机构包括夹爪和开合驱动部件，所述开合驱动部件驱动所述夹爪夹紧或松开所述晶圆，所述夹爪的中部通过转轴二可旋转的设置在所述本体上，所述开合驱动机构包括杠杆二和连杆，所述杠杆二的一端通过支轴二与所述本体可旋转的连接，所述连杆一端与所述夹爪的一端可旋转的连接，另一端与所述杠杆二中部可旋转的连接，通过杠杆二和连杆带动所述夹爪围绕所述转轴二旋转从而驱动所述夹爪夹紧或松开所述晶圆。优选的，所述杠杆二的中部与所述本体之间连接有弹性元件，弹性元件可辅助完成夹紧或松开动作，还可以将述夹爪紧固在夹紧或松开位置。优选的，所述固定机构也设置在所述本体通孔中的所述支架上。本专利技术还提供了一种用于晶圆键合对准设备的隔离片机构，包括支架、线性驱动部件和双层隔离片部件，所述支架设置在所述对准设备上，所述线性驱动部件设置在所述支架上，所述双层隔离片部件设置在所述线性驱动部件上，所述双层隔离片部件包括两层隔离片。所述线性驱动部件驱动所述双层隔离片部件的两层隔离片同步的沿水平方向往复运动，完成插入和抽离多层晶圆的动作。优选的，所述对准设备上设置有通孔，所述支架设置在通孔中。在一些优选的实施方式中，所述线性驱动部件包括安装座、腰型孔座和杠杆一，所述两层隔离片固定设置在所述安装座顶部，所述安装座可线性滑动的设置在所述支架上，所述腰型孔座固定设置在所述安装座底部，优选的，所述腰型孔座中的腰型孔沿竖直方向延伸。所述杠杆一的支轴一设置在所述支架上，所述杠杆一的阻力臂的自由端设置有转轴一，所述转轴一穿设在所述腰型孔座的腰型孔内。优选的，所述杠杆一为弯曲形状，可减小杠杆一的体积，进而减小整个线性驱动部件的体积，更为优选的，所述杠杆的动力臂和阻力臂之间的夹角为钝角。优选的，所述杠杆一的动力臂通过弹性元件与所述支架连接，弹性元件可辅助完成插入和抽离隔离片的动作，还可以将隔离片固定在抽离位置和插入位置，当双层隔离片部件位于插入位置时，弹性元件可对所述杠杆一的动力臂施加一定的拉紧力，从而使所述两层隔离片之间的间隙的封闭端抵紧在晶圆侧壁上，保持对晶圆的夹紧固定。本专利技术还提供了一种用于晶圆键合对准设备的固定机构，包括支架以及设置在所述支架上的夹爪和开合驱动部件，所述支架设置在所述对准设备上，所述夹爪通过转轴二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种晶圆键合对准设备，包括本体以及设置在所述本体上的多个隔离片机构和固定机构，其特征在于：所述隔离片机构包括线性驱动部件和设置在所述线性驱动部件上的双层隔离片部件，所述双层隔离片部件包括两层隔离片，所述两层隔离片之间具有间隙，所述多个隔离片机构可利用所述间隙的封闭端将晶圆夹紧。/n

【技术特征摘要】
1.一种晶圆键合对准设备，包括本体以及设置在所述本体上的多个隔离片机构和固定机构，其特征在于：所述隔离片机构包括线性驱动部件和设置在所述线性驱动部件上的双层隔离片部件，所述双层隔离片部件包括两层隔离片，所述两层隔离片之间具有间隙，所述多个隔离片机构可利用所述间隙的封闭端将晶圆夹紧。


2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述隔离片机构与所述固定机构数目相等，所述多个隔离片机构和多个固定机构都均匀间隔分布在所述本体上，每个隔离片机构与对应的一个固定机构紧邻设置。


3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述本体为圆环，所述圆环向内突出有多个真空吸头，真空吸头上设置有真空吸孔。


4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述双层隔离片部件还包括安装柄，所述两层隔离片固定在所述安装柄上。


5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于：所述两层隔离片连接呈U形或V形。


6.根据权利要求4所述的设备，其特征在于：所述双层隔离片部件为金属弹性薄片。


7.根据权利要求4所述的设备，其特征在于：所述安装柄上设置有位置调节槽，所述位置调节槽沿所述双层隔离片部件的长度方向延伸。


8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述线性驱动部件包括安装座、腰型孔座和杠杆一，所述双层隔离片部件固定设置在所述安装座上，所述安装座可线性滑动的设置在所述本体上，所述腰型孔座固定设置在所述安装座上，所述杠杆一通过支轴一可旋转的设置在所述本体上，所述杠杆一的阻力臂的自由端设置有转轴一，所述转轴一穿设在所述腰型孔座的腰型孔内。


9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于：所述杠杆一为弯曲形状。


10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于：所述杠杆一的动力臂和阻力臂之间的夹角为钝角。


11.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：李盈，
申请(专利权)人：上海新微技术研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31